CN104507227B - 无变压器的恒流电源电路 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无变压器的恒流电源电路，包括比较电路、开关电路以及充放电电路，充放电电路包括二极管和电容，二极管的阳极与整流后的市电连接，二极管的阴极与电容的正极以及LED灯带的正端连接，电容的负极与LED灯带的负端以及开关电路的一端连接，比较电路的两输入端分别与整流后的市电以及参考电压连接，比较电路的输出端与开关电路的另一端连接。与现有技术相比，本发明无变压器的恒流电源电路实现了当整流后的市电HV小于参考电压时由整流后的市电HV为电容C1充电并向LED灯带供电，以及在整流后的市电HV大于参考电压时由电容C1以参考电压向LED灯带供电，且电路中省去了大体积的电感等，从而降低了成本，减小了电路体积，且不存在EMC问题。
Description
技术领域
本发明涉及一种恒流电源电路，更具体的涉及一种无变压器的恒流电源电路。
背景技术
现阶段LED灯具多采用非隔离驱动，非隔离驱动常见的有两种方式：一种为RC隔离，而此种方式需要负载固定，且功率做的很低，一般为20W以下，不可独立做电源应用；另一种为变压器(电感)隔离，该种方式成本较高，电路复杂，且存在电磁兼容性(Electromagnetic Compatibility，EMC)问题，如需解决EMC问题，需增加更多的成本，电源的体积将会做的很大，不便于灯具的匹配。
因此，急需提供一种无变压器的恒流电源电路来克服上述缺陷。
发明内容
本发明的目的在于提供一种无变压器的恒流电源电路，以适用于大功率、减小体积、降低生成成本并解决EMC问题。
为实现上述目的，本发明提供了一种无变压器的恒流电源电路，包括比较电路、开关电路以及充放电电路，所述充放电电路包括二极管和电容，所述二极管的阳极与整流后的市电连接，所述二极管的阴极与所述电容的正极以及LED灯带的正端连接，所述电容的负极与所述LED灯带的负端以及所述开关电路的一端连接，所述比较电路的两输入端分别与整流后的市电以及参考电压连接，所述比较电路的输出端与所述开关电路的另一端连接，所述整流后的市电小于所述参考电压时所述比较电路输出高电平而使所述开关电路导通进而所述整流后的市电为所述电容C1充电并向所述LED灯带供电，所述整流后的市电大于所述参考电压时所述比较电路输出低电平而使所述开关电路截止进而所述电容C1以所述参考电压向所述LED灯带供电。
与现有技术相比，本发明无变压器的恒流电源电路通过比较电路、开关电路以及由二极管DL和电容C1组成的充放电电路，实现了当整流后的市电HV小于参考电压时由整流后的市电HV为电容C1充电并同时向LED灯带供电，以及在整流后的市电HV大于参考电压时由电容C1以参考电压向LED灯带供电，且电路中省去了使用大体积的电感、变压器等，从而降低了成本，减小了电路体积，且不存在EMC问题。
较佳地，所述比较电路包括TL431芯片Q1、电阻R1、电阻R2以及电阻R3，所述电阻R1以及电阻R2对所述整流后的市电进行分压而产生所述参考电压，所述参考电压与所述TL431芯片Q1的参考极连接，所述TL431芯片Q1的阳极接地，所述TL431芯片Q1的阴极通过所述电阻R3与所述整流后的市电连接，且所述TL431芯片Q1的阴极与所述开关电路连接。
较佳地，所述开关电路包括一级稳压单元和开关管单元，所述一级稳压单元包括稳压二极管Z1，所述稳压二极管Z1的阴极与所述TL431芯片Q1的阴极以及所述开关管单元连接，所述稳压二极管Z1的阳极接地，所述稳压二极管Z1在所述整流后的市电小于所述参考电压时截止而输出第一稳压值至所述开关管单元以使所述开关管单元导通，且在所述整流后的市电大于所述参考电压时导通而输出低电平至所述开关管单元以使所述开关管单元截止。
较佳地，所述开关电路还包括二级稳压单元，所述二级稳压单元包括电阻R4以及稳压二极管Z2，所述稳压二极管Z2的阴极与所述稳压二极管Z1的阴极连接，所述稳压二极管Z2的阳极与所述电阻R4的一端以及所述开关管单元连接，所述电阻R4的另一端接地，其中所述稳压二极管Z2对应的第二稳压值小于所述稳压二极管Z1对应的所述第一稳压值。
较佳地，所述开关管单元包括MOS管Q2，所述MOS管Q2的栅极与所述稳压二极管Z2的阳极连接，所述MOS管Q2的源极接地，所述MOS管Q2的漏极与所述LED灯带的负端连接。
较佳地，所述开关管单元包括电阻R5、三极管Q3以及三极管Q4，所述电阻R5的一端与所述TL431芯片Q1的阴极连接，所述电阻R5的另一端与所述三极管Q3及三极管Q4的集电极连接，所述三极管Q3的基极与所述稳压二极管Z1的阴极连接，所述三极管Q3的发射极与所述三极管Q4的基极连接，所述三极管Q4的发射极接地，且所述三极管Q3及三极管Q4的集电极与所述LED灯带的负端连接。
较佳地，所述无变压器的恒流电源电路还包括限流电路，所述限流电路的一端与所述电容的负极连接，所述限流电路的另一端与所述LED灯带的负端连接。
较佳地，所述限流电路包括TL431芯片Q5、MOS管Q6、电阻R6以及电阻R7，所述TL431芯片Q5的阳极和所述电阻R7的一端共同连接至所述电容C1的负极，所述TL431芯片Q5的参考极与所述电阻R7的另一端以及所述MOS管Q6的源极连接，所述TL431芯片Q5的阴极与所述电阻R6的一端以及所述MOS管Q6的栅极连接，所述电阻R6的另一端和所述MOS管Q6的漏极共同连接至所述LED灯带的负端。
较佳地，所述限流电路包括TL431芯片Q7、三极管Q8、电阻R8以及电阻R9，所述TL431芯片Q7的阳极和所述电阻R8的一端共同连接至所述电容C1的负极，所述TL431芯片Q7的参考极与所述电阻R8的另一端以及所述三极管Q8的发射极连接，所述TL431芯片Q7的阴极与所述电阻R9的一端以及所述三极管Q8的基极连接，所述电阻R9的另一端和所述三极管Q8的集电极共同连接至所述LED灯带的负端。
通过以下的描述并结合附图，本发明将变得更加清晰，这些附图用于解释本发明的实施例。
附图说明
图1为本发明无变压器的恒流电源电路第一实施例的电路图。
图2为本发明无变压器的恒流电源电路第二实施例的电路图。
图3为本发明无变压器的恒流电源电路第三实施例的电路图。
图4为本发明无变压器的恒流电源电路第四实施例的电路图。
具体实施方式
现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。
请参考图1，本发明无变压器的恒流电源电路100包括比较电路11、开关电路12以及充放电电路13，充放电电路13包括二极管DL和电容C1，二极管DL的阳极与整流后的市电HV连接，二极管DL的阴极与电容C1的正极以及LED灯带的正端连接，电容C1的负极与LED灯带的负端以及开关电路12的一端连接，比较电路11的两输入端分别与整流后的市电HV以及参考电压连接，比较电路11的输出端与开关电路12的另一端连接，整流后的市电HV小于参考电压时比较电路11输出高电平而使开关电路12导通进而整流后的市电HV为电容C1充电并向LED灯带供电，整流后的市电HV大于参考电压时比较电路11输出低电平而使开关电路12截止进而电容C1以参考电压向LED灯带供电。
具体的，比较电路11包括TL431芯片Q1、电阻R1、电阻R2以及电阻R3，电阻R1以及电阻R2对整流后的市电HV进行分压而产生参考电压，参考电压与TL431芯片Q1的参考极连接，TL431芯片Q1的阳极接地，TL431芯片Q1的阴极通过电阻R3与整流后的市电连接，且TL431芯片Q1的阴极与开关电路12连接。开关电路12包括一级稳压单元121和开关管单元123，一级稳压单元121包括稳压二极管Z1，稳压二极管Z1的阴极与TL431芯片Q1的阴极以及开关管单元123连接，稳压二极管Z1的阳极接地，稳压二极管Z1在整流后的市电HV小于参考电压时截止而输出第一稳压值至开关管单元123以使开关管单元123导通，且在整流后的市电HV大于参考电压时导通而输出低电平至开关管单元123以使开关管单元123截止。具体的，在一实施例中，开关管单元123包括MOS管Q2，MOS管Q2的栅极与稳压二极管Z2的阳极连接，MOS管Q2的源极接地，MOS管Q2的漏极与LED灯带的负端连接。
再请参考图1，输入市电Vin经保护电路15、桥式整流电路16进行整流后得到整流后的市电HV，其中保护电路15包括保险丝F1以及压敏电阻ZV1，压敏电阻ZV1在其两端的电压超出压敏电阻ZV1的标定值时瞬间短路以烧断保险丝F1，起到保护后级电路的目的。整流后的市电HV的电压值为输入市电Vin乘以1.414，如当输入市电Vin为230V时，整流后的市电HV的电压值为325V，从而当输入市电Vin在200-264V之间变动时，整流后的市电HV在282-373V之间波动，波动范围较大，导致LED灯带无法正常工作，为此提出了本发明无变压器的恒流电源电路100。
下面以单个脉冲周期为例详细说明本发明无变压器的恒流电源电路100的工作原理，其中整流后的市电HV为脉冲直流电，其频率为100Hz，峰值为282-373V，假设把比较电路的参考电压设置为280V，即将TL431芯片Q1的检测点设置为280V，则：
第一阶段：当整流后的市电HV的电压值从0V开始上升且小于280V时，TL431芯片Q1导通，此时稳压二极管Z1截止，稳压二极管Z1两端的电压(第一稳压值)加至MOS管Q2的GS极，由于第一稳压值大于MOS管Q2的导通电压而使MOS管Q2导通，此时整流后的市电HV经二极管DL后对电容C1充电，同时为LED灯带供电，LED灯带中有电流流过；
第二阶段：当整流后的市电HV的电压值上升至大于280V时，TL431芯片Q1截止，此时稳压二极管Z1导通，稳压二极管Z1两端的电压加至MOS管Q2的GS极，由于稳压二极管Z1两端的电压(接近为0V)小于MOS管Q2的导通电压而使MOS管Q2截止，此时整流后的市电HV不再向电容C1充电，电容C1两端的电压接近280V，且电容C1向LED灯带放电，即由电容C1以参考电压(280V)向LED灯带供电；
第三阶段：当整流后的市电HV的电压值下降至小于280V时，TL431芯片Q1导通，此时稳压二极管Z1截止，稳压二极管Z1两端的电压(第一稳压值)加至MOS管Q2的GS极，由于第一稳压值大于MOS管Q2的导通电压而使MOS管Q2导通，此时整流后的市电HV经二极管DL后对电容C1充电，同时为LED灯带供电，LED灯带中有电流流过。
需要说明的是，输入市电Vin的频率是50Hz，整流后的市电HV为频率为100Hz的脉冲直流电，结合LED灯带的功率为电容C1设置合适的值，便可得到恒定的电流，同时无变压器的恒流电源电路100可以集成于很小的电源模块上，选用大电流的桥式整流电路16及MOS管Q2，并配合容量适应的电容C1，
无变压器的恒流电源电路100的功率将可做很大，使用方便，且大大降低了整体的成本。
与现有技术相比，本发明无变压器的恒流电源电路100，通过比较电路、开关电路以及由二极管DL和电容C1组成的充放电电路，实现了当整流后的市电HV小于参考电压时由整流后的市电HV为电容C1充电并同时向LED灯带供电，以及在整流后的市电HV大于参考电压时由电容C1以参考电压向LED灯带供电，且电路中省去了使用大体积的电感、变压器等，从而降低了成本，减小了电路体积，且不存在EMC问题。
再请参考图2，为本发明无变压器的恒流电源电路100第二实施例的电路图，其中第二实施例与第一实施例的区别在于：开关电路12还包括二级稳压单元122，具体的，二级稳压单元122包括电阻R4以及稳压二极管Z2，稳压二极管Z2的阴极与稳压二极管Z1的阴极连接，稳压二极管Z2的阳极与电阻R4的一端以及开关管单元连接，电阻R4的另一端接地，其中稳压二极管Z2对应的第二稳压值小于稳压二极管Z1对应的第一稳压值。工作时，当稳压二极管Z1截止时，稳压二极管Z1两端的电压再经稳压二极管Z2和电阻R4进行二次稳压，从而电阻R4两端的电压被施加至MOS管Q2的GS极，使得MOS管Q2导通；反之，当稳压二极管Z1导通时，稳压二极管Z1两端的电压接近为0V，已经不能达到稳压二极管Z2的稳压值，此时稳压二极管Z2截止，从而电阻R4两端的电压变为0V，使得MOS管Q2截止。
再请参考图3，为本发明无变压器的恒流电源电路100第三实施例的电路图，其中第三实施例与第一实施例的区别在于：第三实施例中开关管单元123包括电阻R5、三极管Q3以及三极管Q4，电阻R5的一端与TL431芯片Q1的阴极连接，电阻R5的另一端与三极管Q3及三极管Q4的集电极连接，三极管Q3的基极与稳压二极管Z1的阴极连接，三极管Q3的发射极与三极管Q4的基极连接，三极管Q4的发射极接地，且三极管Q3及三极管Q4的集电极与LED灯带的负端连接。工作时，当整流后的市电HV的电压值小于280V时，TL431芯片Q1导通而使稳压二极管Z1截止，稳压二极管Z1两端的电压大于三极管Q3的导通电压，因此三极管Q3和三极管Q4导通，此时整流后的市电HV经二极管DL后对电容C1充电，同时为LED灯带供电，LED灯带中有电流流过；反之，当整流后的市电HV的电压值大于280V时，TL431芯片Q1截止而使稳压二极管Z1导通，稳压二极管Z1两端的电压接近为0V，三极管Q3和三极管Q4截止，此时整流后的市电HV不再向电容C1充电，电容C1两端的电压接近280V，且电容C1向LED灯带放电，即由电容C1以参考电压(280V)向LED灯带供电。
此外，优选的，无变压器的恒流电源电路100还包括限流电路14，限流电路14的一端与电容C1的负极连接，限流电路14的另一端与LED灯带的负端连接。如图1至图3所示，限流电路14包括TL431芯片Q5、MOS管Q6、电阻R6以及电阻R7，TL431芯片Q5的阳极和电阻R7的一端共同连接至电容C1的负极，TL431芯片Q5的参考极与电阻R7的另一端以及MOS管Q6的源极连接，TL431芯片Q5的阴极与电阻R6的一端以及MOS管Q6的栅极连接，电阻R6的另一端和MOS管Q6的漏极共同连接至LED灯带的负端。当LED灯带中有电流流经时，限流电路14对流经LED灯带的电流起限流保护作用，由于限流电路采用TL431芯片以及MOS管组成，因此可以大大降低能量损耗，提高电路的电光转换效率。
再请参考图4，为本发明无变压器的恒流电源电路100第四实施例的电路图，其中第四实施例与第三实施例的区别在于：第四实施例中限流电路14包括TL431芯片Q7、三极管Q8、电阻R8以及电阻R9，其中TL431芯片Q7的阳极和电阻R8的一端共同连接至电容C1的负极，TL431芯片Q7的参考极与电阻R8的另一端以及三极管Q8的发射极连接，TL431芯片Q7的阴极与电阻R9的一端以及三极管Q8的基极连接，电阻R9的另一端和三极管Q8的集电极共同连接至LED灯带的负端。工作时，当LED灯带中有电流流经时，限流电路14对流经LED灯带的电流起限流保护作用，由于限流电路采用TL431芯片以及三极管管组成，因此可以大大降低能量损耗，提高电路的电光转换效率。
需要说明的是，上述四个实施例中的开关电路12以及限流电路14还可以以其他组合方式进行配置，只要能够实现本发明的基本功能即可。
以上结合最佳实施例对本发明进行了描述，但本发明并不局限于以上揭示的实施例，而应当涵盖各种根据本发明的本质进行的修改、等效组合。
Claims (9)
1.一种无变压器的恒流电源电路，其特征在于，包括比较电路、开关电路以及充放电电路，所述充放电电路包括二极管和电容，所述二极管的阳极与整流后的市电连接，所述二极管的阴极与所述电容的正极以及LED灯带的正端连接，所述电容的负极与所述LED灯带的负端以及所述开关电路的一端连接，所述比较电路的两输入端分别与整流后的市电以及参考电压连接，所述比较电路的输出端与所述开关电路的另一端连接，所述整流后的市电小于所述参考电压时所述比较电路输出高电平而使所述开关电路导通进而所述整流后的市电为所述电容C1充电并向所述LED灯带供电，所述整流后的市电大于所述参考电压时所述比较电路输出低电平而使所述开关电路截止进而所述电容C1以所述参考电压向所述LED灯带供电。
2.如权利要求1所述的无变压器的恒流电源电路，其特征在于，所述比较电路包括TL431芯片Q1、电阻R1、电阻R2以及电阻R3，所述电阻R1以及电阻R2对所述整流后的市电进行分压而产生所述参考电压，所述参考电压与所述TL431芯片Q1的参考极连接，所述TL431芯片Q1的阳极接地，所述TL431芯片Q1的阴极通过所述电阻R3与所述整流后的市电连接，且所述TL431芯片Q1的阴极与所述开关电路连接。
3.如权利要求2所述的无变压器的恒流电源电路，其特征在于，所述开关电路包括一级稳压单元和开关管单元，所述一级稳压单元包括稳压二极管Z1，所述稳压二极管Z1的阴极与所述TL431芯片Q1的阴极以及所述开关管单元连接，所述稳压二极管Z1的阳极接地，所述稳压二极管Z1在所述整流后的市电小于所述参考电压时截止而输出第一稳压值至所述开关管单元以使所述开关管单元导通，且在所述整流后的市电大于所述参考电压时导通而输出低电平至所述开关管单元以使所述开关管单元截止。
4.如权利要求3所述的无变压器的恒流电源电路，其特征在于，所述开关电路还包括二级稳压单元，所述二级稳压单元包括电阻R4以及稳压二极管Z2，所述稳压二极管Z2的阴极与所述稳压二极管Z1的阴极连接，所述稳压二极管Z2的阳极与所述电阻R4的一端以及所述开关管单元连接，所述电阻R4的另一端接地，其中所述稳压二极管Z2对应的第二稳压值小于所述稳压二极管Z1对应的所述第一稳压值。
5.如权利要求4所述的无变压器的恒流电源电路，其特征在于，所述开关管单元包括MOS管Q2，所述MOS管Q2的栅极与所述稳压二极管Z2的阳极连接，所述MOS管Q2的源极接地，所述MOS管Q2的漏极与所述LED灯带的负端连接。
6.如权利要求3所述的无变压器的恒流电源电路，其特征在于，所述开关管单元包括电阻R5、三极管Q3以及三极管Q4，所述电阻R5的一端与所述TL431芯片Q1的阴极连接，所述电阻R5的另一端与所述三极管Q3及三极管Q4的集电极连接，所述三极管Q3的基极与所述稳压二极管Z1的阴极连接，所述三极管Q3的发射极与所述三极管Q4的基极连接，所述三极管Q4的发射极接地，且所述三极管Q3及三极管Q4的集电极与所述LED灯带的负端连接。
7.如权利要求1所述的无变压器的恒流电源电路，其特征在于，还包括限流电路，所述限流电路的一端与所述电容的负极连接，所述限流电路的另一端与所述LED灯带的负端连接。
8.如权利要求7所述的无变压器的恒流电源电路，其特征在于，所述限流电路包括TL431芯片Q5、MOS管Q6、电阻R6以及电阻R7，所述TL431芯片Q5的阳极和所述电阻R7的一端共同连接至所述电容C1的负极，所述TL431芯片Q5的参考极与所述电阻R7的另一端以及所述MOS管Q6的源极连接，所述TL431芯片Q5的阴极与所述电阻R6的一端以及所述MOS管Q6的栅极连接，所述电阻R6的另一端和所述MOS管Q6的漏极共同连接至所述LED灯带的负端。
9.如权利要求7所述的无变压器的恒流电源电路，其特征在于，所述限流电路包括TL431芯片Q7、三极管Q8、电阻R8以及电阻R9，所述TL431芯片Q7的阳极和所述电阻R8的一端共同连接至所述电容C1的负极，所述TL431芯片Q7的参考极与所述电阻R8的另一端以及所述三极管Q8的发射极连接，所述TL431芯片Q7的阴极与所述电阻R9的一端以及所述三极管Q8的基极连接，所述电阻R9的另一端和所述三极管Q8的集电极共同连接至所述LED灯带的负端。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C14 | Grant of patent or utility model | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right |
Denomination of invention: Transformer-free constant current power circuit Effective date of registration: 20180105 Granted publication date: 20160817 Pledgee: Dongguan branch of China Co truction Bank Corp. Pledgor: GENERAL LIGHTING ELECTRONIC CO., LTD. Registration number: 2018440000011 |
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| PE01 | Entry into force of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right |
Date of cancellation: 20190920 Granted publication date: 20160817 Pledgee: Dongguan branch of China Co truction Bank Corp. Pledgor: GENERAL LIGHTING ELECTRONIC CO., LTD. Registration number: 2018440000011 |
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| PC01 | Cancellation of the registration of the contract for pledge of patent right | ||
| TR01 | Transfer of patent right |
Effective date of registration: 20200120 Address after: 528400 one of the third floor, building 1, No. 11, Chengnan Second Road, South District, Zhongshan City, Guangdong Province (application for residence) Patentee after: Guangdong Micro Technology Co., Ltd Address before: 523000 Guangdong city of Dongguan Province Huang Zhen Mei Tian Tong Community Xinju Liuzhou Industrial Park F building first, fourth, fifth floor Patentee before: GENERAL LIGHTING ELECTRONIC CO., LTD. |
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| TR01 | Transfer of patent right |